专家论坛FEATURES再谈系统工程方法± ᇏݓݴ฿॓ࠢ܄ඳ॓ڬᇶ ݒЏᇸ投入。不难想象，研制这样的大型、的成功，并从军用标准演化为商用一、国外系统工程标准的复杂技术项目必然存在很大的风的ANSI/EIA 632标准，IEEE 1220演化过程险，因此，没有一整套科学的组标准以及INCOSE 标准（见图1）。尽管目前对“系统工程织和管理方法，要成功几乎是不从50年代开始，国外已经开（Systems Engineering）”的定义存可能的。始关于“系统工程”概念的讨论。在着不同的说法，但系统工程是系统工程几十年来迅速发展，《系统工程：大规模系统设计导实现成功系统的一个跨学科方法在军用和民用领域都取得了很大论（》H. Goode and R. E. Machol，（INCOSE）,仍然是主流认识。20世纪40年代一般系统论、控制论、信息论和运筹学奠定了系统工程发展的技术科学基础，而重大国防和航天计划则是系统工程研究与实践的重要推动力量。这些项目规模庞大、技术复杂，需要融合众多的科学知识和专业技术，其中许多领域都处于时代的前沿；它们从计划项目的实施直到最后投入使用，往往经历一个ሧਘটჷğ*/$04& )BOECPPL相当长的时间，需要众多部门和人员的参与，大量的经费和资源图1 系统工程演化过程18航天工业管理2007 5
专家论坛FEATURES直到无需再细分的具体工作单元，成为成千上万研制任务参加单位和人员的具体工作；再经过部件、分系统到系统的逐级设计、集成与试验，最后得到了整体性能优化的系统产品。系统工程的分解—集成过程常用一个V型图来说明（见图3）。在V型图的上半部分，是系统工程师的工作，包括系统的分解（左上半部分）和系统集成（右上半部分）。系统总体首先通过用户需求分析、系统功能分析、设计权图2 国际系统工程协会对系统工程的定义衡和实验验证，获得一个系统初1957）是第一本专门讨论系统工调，在1992年完成了MIL-STD-步方案。这个初步方案把系统分程的教科书。《运筹学与系统工程》499B草案。由于美国国防部的采解为分系统、部件等若干层次和（C. D. Flagel, W. H. Huggins, and R. 办改革，MIL-STD-499B没有作组分。为了形成系统的整体功能，H. Roy,1960），《系统工程方法论》为军用标准被颁布，而是经过少这些组分之间具有确定、协调的（A. D. Hall, 1962）《，系统工程手许修改后被用作为EIA/IS 632 和 信息、能量和物质交流界面。这些册》（R. E. Machol，1965），《系统IEEE 1220 商用标准。分系统作为下一层次的开发任务工程方法（》H. Chestnut, 1967）《，系国际系统工程协会（INCOSE）被分配到不同的研制单位，它们统工程师如何应用系统工程方法》在2006年对系统工程的定义见图2。根据不同专业特点对分系统进行（.J. A. Baird，1971）都是当时主详细的研究和设计。这里的工程要的参考文献和书籍。专业不仅包括常规的光、机、电二、系统工程方法论1969年7月，美国空军颁等专业，还特别重视对诸如可靠布了系统工程管理标准MIL-系统工程是大型、复杂技术性、安全性、可维护性、可生产性、STD-499 (USAF)，目的是为政府项目中系统开发过程的科学组织人体工程、电磁兼容性、后勤保有关人员编写、评价和确认投标和管理方书及进行合同谈判，同时也为承法，体现了包商准备系统工程管理计划等工以分解和综作提供一组准则。合集成系统1974年经过修订的系统工程思想为基标准499A对系统工程的描述是：础的方法一系列逻辑相关的活动和决策，论。它根据把使用要求变为一组系统性能参研制对象的数和一个适当的系统配置。特点，把一为了得到一个更确切的系统个复杂系统ሧਘটჷğ/"4" 4& )BOECPPL BOE 'PSTCFSH工程描述文件，美国国防部、军分解为分系方和工业界经过广泛的讨论和协统、部件，图3 “V”模型2007 5航天工业管理19
专家论坛FEATURES障等工程专业的设计综合。和控制。◆在可行性论证阶段，系统不论利用成熟的技术或者创重大项目的采办周期或者研的组成部分已经有了初步设想的新的技术，分系统和部件研制单制程序，如国防系统、航天系统，技术途径，根据经验，利用类比位都要确保满足总体提出的功能一般会由国家主管部门颁布指令分析的方法可以说明系统在技术和性能要求，同时满足与其它相或规定，具有指导性甚至强制性上是可实现的，经济上是可行的。关分系统、部件之间协调的关系。的效力。不同的国家或机构对于◆在方案设计阶段，系统的分系统研制完成以后，根据系统研制阶段的定义略有不同。例如，结构、功能和性能初步确定，是总体功能和性能要求，系统总体1995年颁布的《中国人造卫星的后续设计和开发的基础。利用建把各个分系统集成在一起进行系研制程序》规定，卫星研制分为模和仿真技术，已经可以了解到统级的分析与试验验证，直至最论证阶段、方案阶段、初样研制系统基本的动态行为特性。后的验收交付。阶段、正样研制阶段和使用改进◆在初步设计阶段，根据总1．系统生命周期与研制程序 阶段。1996年制定的欧洲空间标体要求完成分系统、部件的设计，新研制的系统从最初概念的准化合作组织标准（ECSS）规定，并且制造出工程试验产品逐级进孕育开始，有一个清晰的生成、空间项目划分为任务分析阶段、行性能和环境的验证试验。初步发展和终结的演化过程，通常称可行性分析阶段、初步定义阶段、设计的结果为后续的详细设计提为系统的生命周期。系统在它的详细定义阶段、生产和地面鉴定供了坚实的依据。生命周期里，会涉及到开发、验证、试验阶段、应用阶段和处置阶段。◆在详细设计阶段，经过完生产、部署、培训、使用、维护NASA 定义项目的生命周期分为善和修正，形成最后的技术和工和弃置等活动。研制方所承担的先期研究、初步分析、定义、设计、艺设计，通过了鉴定试验，为后系统研制任务或研制合同常常会开发和运行等阶段。最新的美国续生产准备了详细的图纸和工艺从方案设计开始，或从可行性研国防采办政策规定，国防系统的资料。究开始，到系统交付基本结束。采办周期包括概念和先期技术开◆在生产、部署、使用阶段，这个阶段的系统研究、设计、制发、系统开发与验证、生产和部署、系统开始生产，部署和运行。造和试验活动也常被称为系统的维护和处置阶段。2．系统工程过程 研制程序。系统的研制程序是系概括起来，重大项目的采办系统开发过程也是对系统的统寿命周期的一个重要组成部分。周期或者研制程序可以分为概念认识不断深化的过程。人们不可复杂系统的研制需要一个相当长研究、可行性论证、方案设计、能一开始就对系统所涉及的专业的过程。研制程序的划定使得系初步设计、详细设计、生产和部署、技术，各部分之间的信息、能量、统研制从需求出发，设计逐步细运行和处置七个阶段。物质沟通关系有清晰的认识，所化，最后制造和集成出来一个整◆在概念研究阶段，系统是以必须遵循分析-实践-再分析体性能优化的系统。这是一个有用科学和技术概念描述的一组功-再实践的反复认识过程。这里序的、逐步完善的研制过程。研能和性能的集合，所描述的是为的实践常常是指对分析结论的验制程序保证了一个复杂系统的设了满足使用的需求，系统应当做证试验。开发过程中分析、综合计从一开始就综合考虑到了所有什么，以及做到什么程度。的思维过程和系统工程活动如图4的使用要求和约束条件，科学合理地集成了各种必需的专业技术，不会最后出现方案性的失败；同时它也保证了一个长周期的研制过程能够分阶段对目标实施跟踪图4 系统工程过程20航天工业管理2007 5
专家论坛FEATURES所示，常称为系统工程过程（SEP）。过程的输出是一套明ٳ༢"༢系统工程过程是一个自顶层开始，确定义系统设计、研ٳ༢$ٳ༢#ٳ༢%依次反复应用于开发全过程的、制和试验的文件。规范化的问题解决过程，它把要Ӂٳࢳࢲܒ求逐步转化为系统规范和一个相 1#4
三、系统工程管理 ༢应的体系结构。◆在系统研制过程中始终要系统工程管理通过保持对要求的跟踪。系统工程过程计划、组织、指挥、协۽ቔٳࢳࢲܒ的第一步是任务分析。任务分析活调及控制，保证系统研 8#4
动是要澄清和确认用户的需求和工制、试验和生产过程中༢作的目标，明确限制条件，然后依性能指标、进度和成本此提出对系统的功能和性能要求。的均衡进展。༢ࠢӮაሸކܵ۽ӱဒᆣު通过任务分析得到的共识是后续成1．系统工程管理ЌᅰӁളֆ۱༢ϜֆჭࠢӮູ功的功能和物理设计的基础。计划(SEMP)ֆჭ֥۽ቔ༢֥۽ቔ◆经过任务分析得到的系统SEMP作为项目管ሧਘটჷğ/"4" 4& )BOECPPL 级功能和性能，通过功能分析和理计划的组成部分，保图5 系统、PBS及WBS的关系分配活动进一步分解成为低层次证各种相关工程活动协功能。结果得到的是对一个系统调进展，是系统工程管理的重要◆装配，集成，检验和测试；功能的全面描述，即系统的功能文件。系统工程计划的内容通常◆系统工程和项目管理工作；结构。这个功能结构不仅描述了包括任务要求/工作陈述（SOW）、◆培训；必须具有的全部功能，还反映了工作分解结构（WBS）、 组织结◆数据；各种功能和性能要求之间的逻辑构、进度计划、外协和物资保障、◆系统试验和评价；关系。经费预算、技术评审、配置管理、◆特殊和通用保障设备以及◆设计综合或称系统设计，风险管理以及对系统工程过程和工业设施；是按照从功能分析与分配过程中所有相关工程专业的描述。◆现场工作及备件。得到的系统功能和性能描述，在2．工作分解结构(WBS)3．技术状态管理综合考虑各种相关工程技术的基WBS描述了产品研制所要开技术状态管理使得系统、分础上发挥工程创造力，研制出一展的全部工作。它的每一个工作系统和部件研制工作有序进行，个能够满足要求的、优化的系统包都是一个独立的任务单元和成保证设计对需求可跟踪，更改可物理结构。本核算单元。利用WBS可以对整控制和记录，接口关系理解一致，◆验证活动的目的是确认所个工作的管理和技术责任、资源产品与文件相符合。技术状态管设计的各个层次的系统物理结构和经费预算、进展情况有一个通理及文件描述了要生产的是什么，满足系统要求，保证能够在预定盘的理解。已完成的是什么，什么地方已经的性能指标下实现所要求的功能。WBS 分为产品和保障产品两进行了修改。验证方法包括分析（建模和仿真）、个部分（见图5）。产品部分是最终基线概念是技术状态管理或演示验证和试验。交付给用户的系统，WBS的这个配置管理的基础。基线是在一个系统工程过程的每一个步骤部分是产品的系统结构；保障产品技术开发层次完成以后对系统状都可以是一个循环过程，对前一部分是开发、生产、保障最终产品态的描述。在系统工程管理中通个步骤进行重新访问。系统工程所必需的产品和服务。包括：常使用的是功能基线、分配基线2007 5航天工业管理21
专家论坛FEATURES用的典范。中国航天型号总设计师是研制任务的技术总负责人，是系统开发的组织者、指挥者，重大技术问题的主要决策者；总体设计师组成的系统工程师体系承担着系统的总体设计任务，在整个研制过程的各层次上起着技术主导和决策的作用，是中国航天系统工程方法的主要实践者。系统工程是一个跨学科的技术开发和组织管理方法。系统工程方法综合多种专业技术，通过ሧਘটჷğ4ZTUFNT &OHJOFFSJOH 'VOEBNFOUBMT分析、综合、试验和评价的反复迭代过程，开发出一个满足全寿图6 各阶段技术评审与基线命周期使用要求，总体性能优化和产品基线。这些基线的内容必做出书面评审结论；评审意见要的系统。系统工程管理保持开发须要有明确的定义。技术状态管周知有关方面，制定落实计划。过程中成本、进度、性能指标的理是对基线更改的控制、跟踪和5．中国航天系统工程方法均衡进展。记录，包括审定更改的必要性，中国航天在型号研制实践中系统工程有一个清晰的发展保证更改对所有相关环节的影响同样认识到了大型、复杂技术项历程，在国内外大型、复杂技术项都得到认识，保持技术开发活动目系统开发的科学规律，形成了目中取得了很大成功。随着我国有序进行（见图6）。 与国外标准基本相符，同时适合科技水平和自主创新能力的提高，4．技术评审 自己特定环境的系统工程方法，可以明显地感受到“整个社会对认技术评审是在系统研制的重并使之成为几十年航天型号研制识和推广系统工程的呼唤”。要节点上，评价工作进展是否满组织管理的主旋律和系统工程应足预期的目标，检查设计开发的成熟性，分析成本、资源和风险，为是否可以进行下一个层次的研制提供决策依据。评审是一个过程（Process）而不是一个单独的事件（Event），如图7所示。为了真正达到评审的预期目标，必须全面准备数据资料，明确评审的准则；选择相关方面合适的人选；评审会前，评审委员应当提前分析研究资料，准备意见和建议；各种观点和建议应在评审会上得ሧਘটჷğ4ZTUFNT &OHJOFFSJOH 'VOEBNFOUBMT到充分讨论，最后由评审委员会图7 评审过程22航天工业管理2007 5▲
